Спосіб багатоканального за часом енергетичного виявлення радіосигналів при апріорній невизначеності їх тривалості і амплітудній обробці інформації

Реферат: Спосіб багатоканального за часом енергетичного виявлення радіосигналів при апріорній невизначеності їх тривалості і амплітудній обробці інформації включає перевірку статистичних гіпотез за критерієм мінімуму середнього ризику і байєсівський підхід максимального використання апріорних даних. Використовується амплітудне відношення правдоподібності, яке визначається відношенням плинних оцінок суми модулів вибірок амплітуди суміші радіосигналу і шуму на інтервалі аналізу. Виконується розрахунок енергетичного відношення правдоподібності, порівняння його в кожному часовому каналі з порогом прийняття рішення про виявлення радіосигналу, що визначається за критерієм Неймана-Пірсона. Прийняття рішення про квазіоптимальне виявлення радіосигналу за максимальним значенням на часовому інтервалі його положення. За кількістю перевищень порогів визначається їх тривалість з перевіркою оптимальності їх виявлення шляхом аналізу енергетичних відношень правдоподібності і оцінених тривалостей радіосигналу при різних інтервалах аналізу в діапазонах можливих флуктуацій енергії внутрішнього шуму на них за критерієм максимуму енергетичного відношення правдоподібності і прийняття рішення про тривалість радіосигналу. UA 108768 U (12) UA 108768 U UA 108768 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до радіотехніки і може бути використана в усіх радіоприймальних пристроях систем радіолокації, радіонавігації, зв'язку та керування. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибраним як прототип, є спосіб багатоканального за часом енергетичного виявлення радіосигналів при апріорній невизначеності їх тривалості [1], який використовує перевірку статистичних гіпотез за критерієм мінімуму середнього ризику і енергетичне відношення правдоподібності, яке ґрунтується на законі збереження енергії і байєсівському підході максимального використання апріорних даних та полягає у визначенні відношення плинних оцінок енергії суміші радіосигналу і шуму на інтервалі аналізу, рівному тривалості сигналу, до значень усереднених за декілька попередніх інтервалів аналізу енергії шуму попереднього періоду слідування радіосигналів, містить декілька часових каналів визначення енергетичного відношення правдоподібності, зрушених у часі на половину інтервалу аналізу і включає порівняння енергетичного відношення правдоподібності в кожному часовому каналі з порогом прийняття рішення, що визначається за критерієм Неймана-Пірсона, та прийняття рішення про квазіоптимальне виявлення радіосигналу за максимальним значенням на часовому інтервалі його положення і корегування при перевірці оптимальності виявлення при перевищенні порогу за максимумом енергетичного відношення правдоподібності в діапазоні часу, еквівалентному діапазону можливих флуктуацій усередненого рівня енергії внутрішніх шумів, і містить в кожному часовому каналі декілька аналогічних додаткових каналів різної тривалості аналізу, які відповідають радіосигналам заданої якості виявлення (з заданими умовними ймовірностями хибної тривоги і правильного виявлення), і за кількістю перевищень визначається їх тривалість з перевіркою оптимальності їх виявлення шляхом аналізу енергетичних відношень правдоподібності і тривалостей радіосигналу при різних інтервалах аналізу в діапазонах можливих флуктуацій енергії внутрішнього шуму на них за критерієм максимуму енергетичного відношення правдоподібності. Недоліком способу-прототипу є те, що він потребує значного часу для обробки інформації за рахунок зведення до квадрату амплітуди кожної вибірки випадкового процесу. В основу корисної моделі поставлена задача створити спосіб багатоканального за часом енергетичного виявлення радіосигналів при апріорній невизначеності їх тривалості і амплітудній обробці інформації, який скоротить час обробки інформації. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що алгоритм багатоканального за часом виявлення радіосигналів, для випадку апріорної визначеності тривалості радіосигналу, використовується декілька разів для різнотривалих інтервалів статистичного аналізу. На них оцінюється сума модулів вибірок амплітуди випадкового процесу, визначаються амплітудне та енергетичне відношення правдоподібності і здійснюється перевірка величини енергетичного відношення правдоподібності, де сумарна енергія радіосигналу і внутрішнього шуму до усередненої енергії шуму перевищує поріг виявлення, визначений за критерієм НейманаПірсона. Визначається часовий канал з максимальним значенням енергетичного відношення правдоподібності і, за кількістю перевищень, визначається їх тривалість за критерієм  із  . Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі, полягає у скороченні часу обробки інформації за Фрахунок того, що алгоритм багатоканального виявлення використовується декілька разів для різних інтервалів аналізу, починаючи з найменшого, оцінюються амплітудне та енергетичне відношення правдоподібності, що дозволяє оптимально виявляти радіосигнали невідомої тривалості і визначати їх тривалість. На Фіг. 1 приведений алгоритм багатоканального за часом енергетичного виявлення радіосигналів при апріорній невизначеності їх тривалості і амплітудній обробці інформації. На Фіг. 2 приведені залежності умовної ймовірності правильного виявлення сумарної енергії детермінованого радіосигналу і гаусівського шуму від відношення енергії радіосигналу до q  W W s n для різних тривалостей радіосигналів   n f d для енергії шуму Ws Wn і A випадку співпадання тривалості радіосигналу з тривалістю інтервалу аналізу при фіксованій 50 6 ймовірності хибних тривог F  10 , f d - частота дискретизації вхідної реалізації в АЦП, n кількість вибірок за тривалість радіосигналу. На Фіг. 3 приведені залежності умовної ймовірності правильного виявлення сумарної енергії детермінованого радіосигналу і гаусівського шуму від відношення енергії радіосигналу до енергії шуму Ws Wn , від амплітудного відношення сигнал/шум 55 qA  Ws Wn і від відношення q  2Ws Wn · при фіксованій тривалості радіосигналу n  105 та різних ймовірностях хибних тривог F  106 ; 10-8; 10-10;10-12. сигнал/шум класичної радіолокації 1 UA 108768 U На Фіг. 4 приведена залежність порогу виявлення від тривалості радіосигналу n  f d , для різних ймовірностей хибних тривог, розрахованому за критерієм Неймана-Пірсона. На Фіг. 5 приведені графіки залежності середньоквадратичної помилки визначення дальності до цілі від енергетичного відношення сигнал/шум Ws Wn для різних тривалостей 5 8 радіосигналу при фіксованій ймовірності хибних тривог F  10 . На Фіг. 6 приведені графіки залежності середньоквадратичної помилки визначення дальності до цілі в довжинах хвиль від величини затримки між часовими каналами виявлення  в довжинах хвиль при фіксованій ймовірності хибних тривог F  108 і різних тривалостях 10 радіосигналів при різних енергетичних відношеннях сигнал/шум. Суть запропонованого способу багатоканального за часом енергетичного виявлення радіосигналів при апріорній невизначеності їх тривалості і амплітудній обробці інформації полягає у сумарному зрушенні вхідної реалізації в N каналах на час, рівний половині тривалості інтервалу аналізу, розбиванні періоду огляду T в кожному часовому каналі на 15 інтервали часу, рівні тривалості інтервалу аналізу  i і оцінюванні суми модулів вибірок амплітуди суміші сигналу і шуму на кожному з них, визначенні амплітудного відношення правдоподібності. Пошук часового каналу з максимальним значенням амплітудного відношення правдоподібності та розрахунок енергетичного відношення правдоподібності і порівняння його в кожному часовому каналі з порогом прийняття рішення про виявлення радіосигналу,  20 розрахованому для кожного інтервалу аналізу j , визначається за критерієм Неймана-Пірсона із виразу для умовної ймовірності хибних тривог. Прийняття рішення про квазіоптимальне виявлення радіосигналу здійснюється після порівняння значення енергетичного відношення правдоподібності в кожному інтервалі аналізу для довільного закону розподілу випадкових величин з порогом прийняття рішення L0 j : Wsn 2 U sn 0 L j  2  i  L0 j Un Wn 0 i  2 , (1) n 25 U sn   yi ti i 0 де 0 ; - оцінка нероздільної суми модулів амплітуд вибірок сигналу+шуму радіосигналу на інтервалі статистичного аналізу, рівному його тривалості; Un  0 30 n  1 n ni ti1   n j ti 2  ...  M  i 0 j 0  - оцінка усередненого значення суми модулів амплітуд вибірок вхідної реалізації шуму на M інтервалах статистичного аналізу. Положення сигналу, яке квазіоптимальне в енергетичному відношенні сигнал+шум/шум, визначається виразом початку цього інтервалу аналізу tц  t k  st n , (2) де s - номер часового каналу, де виявлено максимум енергетичного відношення  правдоподібності для вибраного інтервалу аналізу j tk - час початку відліку аналізу зони контролю. 35 Заключне прийняття рішення про оптимальне енергетичне виявлення у вибраному часовому каналі здійснюється шляхом пошуку максимального значення енергетичного відношення правдоподібності при послідовній зміні інтервалу аналізу на крок в діапазоні  t , пропорційному діапазону можливих флуктуацій плинних значень енергій внутрішнього шуму і радіосигналу відносно усередненого рівня енергії внутрішніх шумів приймача 40 tц  t k  st n  t . (3) 2 UA 108768 U Тривалість радіосигналу оцінюється добутком тривалості інтервалу аналізу  0 на суму кількості інтервалів аналізу m , де здійснене перевищення порогу прийняття рішення за 5 критерієм l із l , плюс відношення енергетичних відношень правдоподібності першого і останнього інтервалів аналізу до усередненого значення відношення правдоподібності за всі інтервали аналізу    0 m  L1 L  Lm1 L  L L  , (4) де L1 L , Lm1 L - нормовані до усередненого значення L енергетичні відношення правдоподібності у першому і в останньому інтервалах аналізу, де здійснене перевищення порогу виявлення; 10 15 L L - нормоване до усередненого значення L флуктуацій енергетичних відношень правдоподібності на m інтервалах перевищення порогу виявлення. Розраховані енергетичні відношення правдоподібності в кожному випадку порівнюються з різними порогами виявлення, що розраховуються за критерієм Неймана-Пірсона для різної тривалості радіосигналів з виразу для умовної ймовірності хибних тривог, і за максимумом енергетичного відношення правдоподібності приймається рішення про виявлення радіосигналів та їх часове положення і визначається їх тривалість за кількістю перевищень за критерієм  із . 20 25 30 Перевірка оптимальності виявлення здійснюється шляхом аналізу енергетичних відношень правдоподібності і оцінених тривалостей радіосигналу при різних інтервалах аналізу в діапазонах можливих флуктуацій енергії внутрішнього шуму на них за критерієм максимуму енергетичного відношення правдоподібності. Тривалість початкового інтервалу статистичного аналізу  0 визначається з енергетичної чутливості приймача для гарантованого виявлення (з заданими умовними ймовірностями хибної тривоги і правильного виявлення) і слідує з кривих виявлення для заданого значення відношення енергії радіосигналу до усередненої енергії шуму при фіксованій ймовірності хибних тривог (Фіг. 2-4). Джерело інформації: 1. Патент на корисну модель 103675. Україна, МПК G01S 7/34. Спосіб багатоканального за часом енергетичного виявлення радіосигналів при апріорній невизначеності їх тривалості / Г.В. Пєвцов, А.Я. Яцуценко, М.Ф. Пичугін, Д.В. Карлов, Ю.В. Трофименко, A.M. Остапова - № u201506162; заявл. 22.06.2015; опубл. 25.12.2015, Бюл. № 24. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 55 Спосіб багатоканального за часом енергетичного виявлення радіосигналів при апріорній невизначеності їх тривалості і амплітудній обробці інформації, який включає перевірку статистичних гіпотез за критерієм мінімуму середнього ризику і байєсівський підхід максимального використання апріорних даних, який відрізняється тим, що використовується амплітудне відношення правдоподібності, яке визначається відношенням плинних оцінок суми модулів вибірок амплітуди суміші радіосигналу і шуму на інтервалі аналізу, рівному тривалості сигналу, до значень усереднених за декілька попередніх інтервалів аналізу суми модулів вибірок амплітуди шуму попереднього періоду слідування радіосигналів, містить декілька часових каналів визначення амплітудного відношення правдоподібності, зрушених у часі на половину інтервалу аналізу і включає пошук часового каналу з максимальним значенням амплітудного відношення правдоподібності, розрахунок енергетичного відношення правдоподібності, порівняння його в кожному часовому каналі з порогом прийняття рішення про виявлення радіосигналу, що визначається за критерієм Неймана-Пірсона, та прийняття рішення про квазіоптимальне виявлення радіосигналу за максимальним значенням на часовому інтервалі його положення і корегування при перевірці оптимальності виявлення при перевищенні порогу за максимумом енергетичного відношення правдоподібності в діапазоні часу еквівалентному діапазону можливих флуктуацій плинних значень енергії внутрішніх шумів відносно їх усередненого рівня енергії, містить в кожному часовому каналі декілька аналогічних додаткових каналів з різною тривалістю інтервалу аналізу, які відповідають радіосигналам заданої якості виявлення (з заданими умовними ймовірностями хибної тривоги і правильного виявлення), де здійснюється квазіоптимальне виявлення радіосигналів для кожного порогу 3 UA108768 U 5 виявлення, розрахованому за критерієм Неймана-Пірсона, і за кількістю перевищень порогів визначається їх тривалість з перевіркою оптимальності їх виявлення шляхом аналізу енергетичних відношень правдоподібності і оцінених тривалостей радіосигналу при різних інтервалах аналізу в діапазонах можливих флуктуацій енергії внутрішнього шуму на них за критерієм максимуму енергетичного відношення правдоподібності і прийняття рішення про тривалість радіосигналу за критерієм  із  . 4 UA 108768 U 5 UA 108768 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6